¿Qué es la densidad electrónica y su unidad en la física del plasma?

En respuesta a su primera pregunta, la densidad electrónica es cuántos electrones libres (no unidos a un átomo) hay en un volumen dado. Dado que todos los plasmas tienen algún grado de ionización, esto significa que hay electrones que han sido arrancados de los átomos y se están moviendo, mientras que los átomos se convierten en iones.

En cuanto a las unidades, en la física del plasma, puede depender un poco del tamaño del plasma, o simplemente de la preferencia. Típicamente, los científicos e ingenieros usan electrones por$\mathrm{cm}^{3}$o electrones por$\mathrm m^{3}$. En la literatura, la densidad electrónica se escribe como un número seguido de$\mathrm{cm}^{-3}$o$\mathrm m^{-3}$. Por ejemplo, "la densidad de electrones de la descarga luminiscente de argón DC fue$3.5\times10^{11} \mathrm{cm^{-3}}$". La elección de$\mathrm{cm^{-3}}$o$\mathrm m^{-3}$proviene del uso de unidades CGS o unidades MKS. A menudo depende de las escalas de longitud y volumen que se aplican a la situación. Entonces, para plasmas de tamaño de laboratorio,$\mathrm{cm^{-3}}$se utilizan a menudo, mientras que para cosas como el medio interestelar o intergaláctico,$\mathrm m^{-3}$tiene más sentido.

Con respecto a su pregunta de seguimiento sobre cómo se relaciona la densidad de electrones con la conductividad eléctrica, la conductividad eléctrica es igual a la densidad de electrones multiplicada por la carga elemental (la carga de electrones), multiplicada por la movilidad de electrones.

$$\sigma = n \times e \times \mu$$

La movilidad de los electrones,$\mu$, relaciona la velocidad de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme ($\mu=v/E)$. Cuando estas ecuaciones se combinan, encontramos:

$$\sigma = n \times e \times v/E$$

El numerador está en unidades de carga por área por unidad de tiempo (o densidad de corriente, J), por lo que$J= n \times e \times v$, y el denominador es el campo eléctrico, E. Reordenando y resolviendo para J:

$$J = \sigma \times E$$

que es la Ley de Ohm, lo que confirma que la primera ecuación relaciona la densidad electrónica con la conductividad eléctrica.